關于110kV變電所接地網(wǎng)設計的梳理與優(yōu)化

1、 關于110kV變電所接地網(wǎng)設計的梳理與優(yōu)化 【摘要】本文闡述了接地網(wǎng)對人身和設備安全的重要作用及接地網(wǎng)設計工作的重要性，并針對110kV有效接地系統(tǒng)變電所接地網(wǎng)設計工作的著重點進行了梳理與優(yōu)化?！娟P鍵詞】 110kV變電所 接地網(wǎng) 設計 概述 接地是為了保護人身和設備的安全?？煞譃楣ぷ鳎ㄏ到y(tǒng)）接地、保護接地、雷電保護接地和防靜電接地。變電所中通常敷設一個統(tǒng)一的接地網(wǎng)。接地網(wǎng)作為變電所交直流設備接地及防雷保護接地面，對系統(tǒng)內設備絕緣和過電壓保護，對系統(tǒng)的安全運行起著重要作用。而接地網(wǎng)通常又是一個隱蔽工程，后期不宜檢查和更改，因此在設計時需更加細致和嚴謹。當人觸電時，對人體的主要危害是通過人體的

2、電流（具體影響可見電力工程高壓送電線路設計手冊（第二版）的第二章第五節(jié)第四條的詳述），而人體本身相當于一個電阻，所以主要取決于施加在人體上的電壓，而在變電所中則主要是所內的接觸電壓和跨步電壓，其與接地電網(wǎng)的接地電阻、接地網(wǎng)的結構和流過變電所接地網(wǎng)的電流有關。在設計變電所接地網(wǎng)時，應根據(jù)當?shù)赝寥拉h(huán)境、電力系統(tǒng)情況計算出接地電阻、跨步電壓和接觸電壓的允許值，根據(jù)熱穩(wěn)定及腐蝕的要求選擇接地體材料及其尺寸，然后設計接地網(wǎng)型式，并驗算接地電阻、接觸電壓和跨步電壓是否滿足要求。如不能滿足，需返回重新設計。施工后要進行測量，如不能滿足要求，則采取補充措施。本文對110kV變電所接地網(wǎng)設計中各個要點作如下梳理

3、與優(yōu)化。 注：下文中如無特殊說明R均為工頻接地電阻。一收集資料，調查土壤的特性1. 測量土壤的電阻率 可先采用下圖的四極法測得電阻，再通過公式計算電阻率 =2sR*, .m （1）S棒間距離，cmR接地電阻， 棒埋設深度不低于s/20,這種方法可近似求得土壤深度等于間距s處的平均土壤電阻率。如無法得到土壤電阻率，也可參照DL/T 621-1997交流接地裝置的接地表F1進行選取。2. 調查土壤對普通鋼、鍍鋅鋼的腐蝕情況。以便選擇材料和截面。詳見下面四.2條。2. 計算流經接地裝置的入地短路電流 所內和所外發(fā)生接地短路時，流經接地裝置的電流可分別按下式計算，取兩者中較大值。 （2） （3）式中：

4、流經接地裝置的入地短路電流，A；接地短路時的最大接地短路電流，A；發(fā)生最大接地短路電流時，流經變電所接地中性點的最大接地短路電流，A；、分別為所內和所外短路時，避雷線的工頻分流系數(shù)。 初步估算時可取=0.5、=0.1。其中可向供電部門索取，或從供電部門索取系統(tǒng)參數(shù)后進行計算得出。3 計算接地電阻、接觸電壓、跨步電壓的允許值1. 接地電阻的允許值 因110kV一般為有效接地系統(tǒng)，其接地電阻值應符合 （4） 其中R為考慮到季節(jié)變化的最大電阻（）； I應采用在接地裝置內、外短路時，經接地裝置流入地中的最大短路電流對稱分量最大 值(A)，該電流應按510 年發(fā)展后的系統(tǒng)最大運行方式確定。 當接地裝置的

5、接地電阻不符合式(4)要求時，可通過技術經濟比較增大接地電阻，但不得大于5，且應符合下列要求：1）為防止轉移電位引起的危害，對可能將接地網(wǎng)的高電位引向所外或將低電位引向所內的設施，應采取隔離措施。例如：對外的通信設備加隔離變壓器；向所外供電的低壓線路采用架空線，其電源中性點不在所內接地，改在所外適當?shù)牡胤浇拥兀煌ㄏ蛩獾墓艿啦捎媒^緣段，鐵路軌道分別在兩處加絕緣魚尾板等等。2)考慮短路電流非周期分量的影響，當接地網(wǎng)電位升高時，變電所內的310kV 閥式避雷器不應動作或動作后應承受被賦與的能量。3)設計接地網(wǎng)時，應驗算接觸電壓和跨步電壓。2. 接觸電壓和跨步電壓的允許值 在110kV 有效接地系統(tǒng)

6、單相接地時，變電所接地裝置的接觸電壓和跨步電壓分別不應超過下列數(shù)值(、單位V,單位.m) （5） （6）其中t為接地短路(故障)電流的持續(xù)時間（s）,一般110kV變電所只配1套速動主保護、近或遠（或遠近結合的）后備保護和自動重合閘，t可取斷路器開斷時間+第一級后備保護的動作時間。4 熱穩(wěn)定和土壤腐蝕對接地材料及尺寸要求 水平敷設人工接地極的可采用圓鋼、扁鋼，垂直敷設的可采用角鋼、鋼管。需滿足熱穩(wěn)定及防腐蝕的要求。1. 當接地裝置流過比較大的電流時，其溫度在很短時間內不能很快向周圍土壤擴散掉，接地裝置本身的溫升就會很高，可能熔化并降低其機械強度，因此有熱穩(wěn)定的要求。不考慮土壤對導體的腐蝕性時，

7、要求截面滿足如下公式（S單位）： （7）其中c為接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定。通常接地線的初始溫度取40。在爆炸危險場所，應按專用規(guī)定執(zhí)行。對鋼材料c取70。2. 土壤對導體的腐蝕程度可以用腐蝕速度表示，一般采用當?shù)亟拥鼐€腐蝕數(shù)據(jù)，如無此數(shù)據(jù)時，可暫按下列數(shù)據(jù)：1） 對鍍鋅或鍍錫的扁鋼、圓鋼，埋于地下的部分，其腐蝕速度取0.065mm/年（總厚度）， 但對于焊接處必須采取防腐蝕措施，如涂瀝青等。2） 如無防腐措施的接地線，其腐蝕速度取（總厚度）： =50300.m地區(qū)，扁鋼取0.10.2mm/年，圓鋼取0.30.4mm/年； >3

8、00.m地區(qū)，扁鋼取0.10.05mm/年，圓鋼取0.30.07mm/年； <50地區(qū)及重鹽堿區(qū)，應專門研究決定。接地裝置的壽命，一般按2530年考慮。根據(jù)上述第1條、第2條的計算結果，兩者相加后即可選擇接地裝置最小尺寸，且需滿足下表要求。表1 接地裝置導體的最小尺寸種類規(guī)格及單位地上地下屋內屋外圓鋼直徑 mm6810扁鋼截面244848厚度 mm344角鋼厚度 mm22.54鋼管管壁厚度 mm2.52.53.5/2.5注：地下部分鋼管的壁厚，其分子、分母數(shù)據(jù)分別對應于埋于土壤和埋于室內素混凝土地坪中。五接地網(wǎng)的型式設計由于110kV變電所的占地面積越來越小，單一采用水平接地極一般難以滿

9、足要求。通常都采用水平+垂直接地極的復合接地網(wǎng)。復合接地網(wǎng)又有勻壓帶等間距和不等間距布置方式。等間距布置時邊角處導體的散流電流較中部導體的散流電流大，為了使地網(wǎng)內部的地表面電位分布更均勻一些?？刹捎貌坏乳g距布置方式。 水平接地極的埋深一般為0.6m或0.8m。在凍土地區(qū)應敷設在凍土層以下。垂直接地極的長度通常為2.5m，考慮到垂直接地體間的屏蔽因素，其之間的距離不小于兩倍的垂直接地極長度（即當長度為2.5m，其間距不小于5m）。接地網(wǎng)外緣必須閉合，其轉彎處應作成圓弧形，其半徑不小于網(wǎng)孔間距的一半。接地網(wǎng)邊緣經常有人出入的走道處，應鋪設碎石、瀝青路面或在地下裝設2 條與接地網(wǎng)相連的均壓帶。變電所

10、入口處，需采用帽檐式設計，可顯著降低接觸電壓和跨步電壓。為加強雷電流的散流作用，降低地電位，避雷器的接地宜采用集中接地裝置。110kV的配電裝置，一般將避雷針裝在配電裝置的構架或房頂上，但在土壤電阻率大于1000.m地區(qū)，宜裝設獨立避雷針，需設獨立接地裝置，且獨立避雷針與配電裝置帶電部分的空氣距離及接地裝置與接地網(wǎng)的地中距離分別滿足下式要求： （8） （9）上式中空氣中距離，m；空氣中距離，m；避雷針的沖擊接地電阻，；h避雷針校驗點的高度，m。六接地電阻、接觸電壓、跨步電壓的計算1. 復合接地網(wǎng)人工接地極工頻接地電阻的簡易計算可按下式進行： （10） 其中S接地網(wǎng)的總面積，2. 1）發(fā)生接地故

11、障時，接地裝置的電位 （11） 2）接地網(wǎng)的最大接觸電壓，即網(wǎng)孔中心對接地網(wǎng)接地極的最大電位差 （12） 其中式中各系數(shù)依次為對最大接觸電位差的等效直徑、埋深、形狀、網(wǎng)孔數(shù)和根數(shù)影響系數(shù)，可按下式進行計算：=0.401+0.522/=0.257-0.095=0.168+0.002() ()=2.837+240.021/=0.021+0.217-0.132（） ()=0.054+0.41其中沿長方向布置的均壓帶根數(shù)；沿寬方向布置的均壓帶根數(shù)；m接地網(wǎng)孔數(shù)，其中m=(-1)(-1)；h水平均壓帶的埋設深度；,接地網(wǎng)的長度和寬度。3）接地網(wǎng)最大跨步電壓，即接地網(wǎng)外的地面上水平距離0.8m處對接地網(wǎng)邊緣接地極的電位差，可按下式計算 （13）其中式中各系數(shù)依次為對最大跨步電位差的等效直徑、埋深、形狀、網(wǎng)孔數(shù)和根數(shù)的影響系數(shù)， () （）式中參數(shù)意義同2）。當以上計